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TEMA 5. ORGANIZACIÓN Y DIVERSIDAD DE LA BIOSFERA Guión del tema

1. Introducción 2. Autorregulación del ecosistema 3. Autorregulación de la población 4. Autorregulación de la comunidad 5. Sucesión ecológica y concepto de madurez 6. Regresiones provocadas por la humanidad 7. Biodiversidad 8. Principales biomas terrestres

Desarrollo del tema

1. Introducción

Estudiamos los mecanismos por los que una comunidad es capaz de autorregularse y evolucionar para dar lugar a la gran diversidad biológica del planeta.

2. Autorregulación del ecosistema

Un ecosistema es un sistema formado por la interacción entre una biocenosis o comunidad y unos factores abióticos o físicos del medio. Este sistema está autorregulado por las múltiples relaciones tróficas que se establecen dentro de él y que permiten un máximo aprovechamiento y reciclaje de los recursos.

Un ecosistema modelo es cerrado para la materia y abierto para la energía , capaz de autorregularse y permanecer en equilibrio dinámico a lo largo del tiempo.

El ser humano rompe este equilibrio en su provecho imponiendo su propio control.

3. Autorregulación de la población

La biocenosis de un ecosistema está constituida por las poblaciones de todas las especies que lo habitan.

Población es el conjunto de individuos de la misma especie que vive en un lugar determinado y que mantiene intercambio genético.

3.a Evolución de la población

La población suele crecer hasta un número de individuos y después mantenerse en estado estacionario, más o menos constante, en torno al límite de carga del medio. En este estado N = M (natalidad = mortalidad). El estado estacionario suele ser un equilibrio dinámico, con fluctuaciones en el número de individuos en torno a ese límite.

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• Al ocupar inicialmente un territorio r(TN-TM) es máximo y la población crece exponencialmente, dando curvas en J

Al cabo de un tiempo aparece la resistencia ambiental y la curva cambia a S, con crecimiento logístico.

La resistencia ambiental está definida por:

Factores externos bióticos (depredadores, parásitos, etc.) Factores externos abióticos (cambios climáticos, escasez de alimentos, catástrofes,

sequía, etc.) Factores internos, como el aumento en la densidad de población que afecta

negativamente a los hábitos reproductores. Según sean los valores del potencial biótico (r) distinguimos dos estrategias reproductivas:

r-estrategas .

Con potencial biótico muy elevado, tienen muchas crías pero no las cuidan. TN y TM son altas.

En condiciones óptimas tienen un crecimiento explosivo de sus poblaciones, con individuos de pequeño tamaño, organización y estructura sencilla.

Colonizan ambientes cambiantes aprovechando la época favorable para crecer lo máximo, aunque luego tienen notables pérdidas en condiciones desfavorables. Por ello sufren grandes fluctuaciones.

Se las llama especies oportunistas porque ocupan rápidamente un territorio cuando las condiciones son buenas.

K-estrategas

Potencial biótico pequeño, con TN y TM también bajas. Tienen menos crías pero las cuidan más asegurando su supervivencia.

Los individuos son grandes, de mayor complejidad, con tiempos de generación y de vida largos.

Se adaptan a ambientes más o menos constantes, formando parte de ecosistemas complejos y maduros.

Su número no varía mucho en torno a la capacidad de carga, incluso puede estar por debajo, asegurando recursos a toda la población.

Se denominan especies en equilibrio y basan su dinámica poblacional no en la reproducción sino en el mantenimiento de la población por debajo del límite.

Esquema comparativo entre r y k-estrategas-

3.b Curvas de supervivencia

Supervivencia es la probabilidad, al nacer, que tienen los individuos de una especie de alcanzar una edad determinada. La probabilidad es 1 a 0 años (nacimiento) y va disminuyendo con el tiempo hasta llegar a 0 (muerte), más o menos rápidamente según la especie. Vida máxima es la edad máxima de una especie en condiciones óptimas. Es una característica propia de cada especie. Vida media es la edad de una especie dependiendo de las condiciones.

Las curvas de supervivencia representan cómo van muriendo los individuos de cada especie a medida que alcanzan edades sucesivamente mayores. Se establecen tres tipos básicos:

Tipo I. Cóncavas. Especie con mortalidad larvaria o juvenil muy alta. Niveles tróficos

bajos, fuertemente explotadas por otras o de ambientes inestables. R-estrategas.

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Tipo II. Convexas. La mayoría de los individuos mueren longevos. Especies de ambientes estables. K-estrategas.

Tipo III. Rectas. Índice de mortalidad constante a lo largo de la vida, a cualquier dad. Es rara en la naturaleza.

Normalmente se produce un ajuste entre supervivencia y fertilidad para mantener las poblaciones en equilibrio.

3.c Estructura de una población. Pirámides de edades.

Partimos de tres factores:

El crecimiento de una población depende en gran medida de su TN Se divide a los individuos en prerreproductivos, reproducidos y posrreproducidos La edad del comienzo y la duración de cada etapa es diferente para cada especie y

depende de las condiciones ambientales Para saber si una población va a crecer, disminuir o mantenerse estable se realiza la distribución de sus componentes por edades, representada gráficamente con histogramas o mediante barras horizontales de longitud proporcional al número de individuos de cada edad o a su porcentaje. El resultado son las pirámides de edades , que a su vez pueden ser de tres tipos:

Piramidales, para poblaciones de crecimiento rápido, con TN alta. En pajar, para poblaciones de crecimiento estacionario. En hucha, para poblaciones con crecimiento negativo, TN baja y tendencia a

decrecer. 3.d Factores que regulan el tamaño de una población

Factores abióticos

Los abióticos ya fueron estudiados en el tema anterior pero es interesante mencionar aquí algunos conceptos. Cada especie responde de manera distinta a las variaciones de los factores de su biotopo definiéndose así:

Especies eurioicas , la que toleran grandes variaciones de un determinado factor,

poco exigentes. Suelen ser r-estrategas, generalistas, tolerantes a las variaciones del medio.

Especies estenoicas , las que toleran estrechos márgenes de variación para ese factor, muy exigentes. Suelen ser k-estrategas, especialistas, responden más eficazmente cuando el medio es el adecuado.

De acuerdo con esto se definen otros dos conceptos:

Límites de tolerancia o valores extremos, máximos y mínimos de un

determinado factor que tolera una especie. Valencia ecológica o intervalo comprendido entre valores máximo y mínimo de

cualquier factor del medio que actúa como factor limitante. Es pequeña para las estenoicas y amplia para las eurioicas.

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Factores bióticos Se estudian en el punto siguiente las relaciones interespecíficas ya que regulan las poblaciones de una comunidad.

Aquí nos centramos únicamente en la dinámica de una población relacionándola con las relaciones entre los miembros de la misma especie (relaciones intraespecíficas).

Hay dos factores importantes en esta relación:

Factores demográficos. Factores etológicos o de comportamiento. Aquí consideramos las asociaciones,

el territorialismo y la migración. Distinguimos:

La competencia intraespecífica. El aumento de la densidad de población

aumenta la competencia por el alimento y el territorio, lo que se traduce en menores TN, mayores TM y también en la inducción de la emigración de un grupo de individuos hacia otros territorios.

Las asociaciones intraespecíficas . Dan ventajas a la población debido a la

cooperación: familiares, gregarias, estatales, coloniales. Es lo que se llama el efecto de grupo que aumenta la supervivencia en las poblaciones donde se sincroniza la época de reproducción. Es frecuente en aves y mamíferos que viven en rebaños.

El territorialismo se refiere a la organización del espacio en el que un individuo

o grupo acota un lugar como zona de cría o alimentación. Este lugar se defiende con rituales y le confiere protección frente a las enfermedades.

Las especies migradoras son aquellas en las que los individuos cambian de

lugar periódicamente. El desplazamiento afecta a toda la población y tiene lugar en una determinada época para poder escapar de algún factor limitante.

4. Autorregulación de la comunidad

4.a Caracterización de una comunidad

Comunidad es el conjunto de poblaciones de distintas especies que coexisten en el espacio y en el tiempo, interaccionando entre sí.

Para caracterizar una comunidad se tiene en cuenta:

Riqueza de especies o número de especies de la comunidad Diversidad de especies o estructura de la comunidad en cuanto al reparto de

individuos en las distintas especies. Se mide mediante los índices de diversidad específica como el de Shannon-Weaver.

Dominancia es otra forma de medir la diversidad. Cuando unas pocas especies son dominantes se dice que la comunidad tiene poca diversidad específica, es muy simple, poco evolucionada.

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4.b Estructura de una comunidad Las comunidades mejor estudiadas hasta ahora son las comunidades vegetales dado que las técnicas de muestreo son más sencillas.

Se pueden describir de diversos modos:

Formas biológicas . Se establecen los grupos de especies según la posición de las

yemas y su protección durante la época desfavorable. Cuadro Estratificación vertical . Según la altura o porte de los vegetales se distinguen

estratos herbáceo, arbustivo y arbóreo. Esquema Estratificación horizontal . Distribución de las especies en la superficie considerada,

que varía gradualmente desde el interior a la periferia según varían los factores físicos del medio. Catena de vegetación bosque En la zona más exterior se produce un ecotono o zona de transición entre dos comunidades, donde la diversidad biológica suele ser mayor así como la densidad, lo que se conoce como efecto de borde. Ejemplo: orla espinosa de los bosques.

4.c Relaciones interespecíficas

Al coexistir en un mismo biotopo poblaciones de diferentes especies se establecen entre ellas múltiples interacciones que actúan como factores limitantes bióticos los cuales contribuyen a la estabilidad del sistema.

Modelo depredador-presa

Es un modelo estabilizador ya que se basa en un bucle de retroalimentación

negativo. Las poblaciones de depredador y presa evolucionan oscilando según un ciclo

definido que se repite hasta que una de las dos especies desaparezca. La gráfica presenta fluctuaciones pero entre una gráfica y otra se observa una

diferencia temporal, debido al diferente tiempo de respuesta de cada población estudiada. Se encuentra en equilibrio dinámico.

Relaciones causales de varios modelo (Ej: D/P )

En ocasiones se hace otra representación en un sistema de coordenadas con las presas en abscisas y los depredadores en ordenadas. El resultado es una gráfica circular o ciclo límite , que nos permite predecir el número de depredadores en función del número de presas y viceversa. Se establecen cuatro cuadrantes donde se reflejan las tendencias de ambas poblaciones a crecer o a decrecer.

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Parasitismo Relación binaria en la que un individuo, el parásito, resulta beneficiado a expensas del otro, el hospedante, que es perjudicado.

Dos tipos:

Endoparasitismo Ectoparasitismo

Modelo similar al de D/P cuando ambos han evolucionado juntos, de modo que el mientras el depredador se mantiene del capital el parásito lo hace de los intereses, sin acabar con la víctima. En el diagrama causal, los encuentros no alteran la TM del hospedante.

Simbiosis

Dos organismos de distintas especies se asocian para vivir en comunidad obteniendo beneficio mutuo.

Sus poblaciones se mantienen más o menos estables variando solo como consecuencia de factores ambientales.

Competencia y nicho ecológico

Relación entre los individuos de una o más especies que al utilizar un mismo recurso (alimento o territorio) no pueden coexistir. La competencia intraespecífica es más fuerte que la interespecífica pues se tienen requerimientos idénticos de modo que solo sobreviven los individuos mejor dotados de la población La competencia interespecífica contribuye a organizar y estructurar los ecosistemas de modo que la especie mejor adaptada desplazará a las demás (principio de exclusión competitiva) .

En el diagrama aparecen dos depredadores compitiendo por la misma presa, de modo que los encuentros de uno dificultan los del otro.

Nicho ecológico. Conjunto de circunstancias, relaciones con el ambiente, conexiones tróficas y funciones ecológicas que definen el papel desempeñado por una especie de un ecosistema.

Si dos especies comparten un mismo nicho en el ecosistema, una de ellas será desplazada. Si dos especies comparten el mismo nicho en ecosistemas muy alejados geográficamente, se denominan especies vicarias.

Se distingue entre:

Nicho potencial, ideal o fisiológico. El que satisface todas las necesidades de una determinada especie. Casi imposible en la naturaleza.

Nicho ecológico o real. El ocupado por la especie en condiciones naturales, donde la competencia hace que se solapen nichos. Gana la especie más adaptada, la especialista que explota al máximo los recursos.

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5. Sucesión ecológica y concepto de madurez Se llama sucesión ecológica al conjunto de cambios producidos en los ecosistemas a lo largo del tiempo.

La madurez ecológica es el estado en el que se encuentra un ecosistema en un momento dado del proceso de sucesión ecológica. Por lo general, se comienza en unos estadios iniciales, poco maduros, con comunidades sencillas y poco exigentes, y se llega a estadios avanzados y maduros con biocenosis más organizadas.

Comunidad clímax es la que representa la máxima madurez de un ecosistema, en equilibrio con el medio.

Regresión es el proceso inverso de evolución de un ecosistema provocado por causas naturales o por la acción humana. Se trata de un rejuvenecimiento.

5.a Tipos de sucesiones

Primarias . Parten de un terreno virgen. Secundarias. Se producen en un lugar que ha sufrido una perturbación que le ha

causado una regresión. Suelen ser más cortas siempre y cuando el estado del suelo sea bueno.

5.b Reglas generales de las sucesiones

Los cambios que se observan en los ecosistemas son:

La diversidad aumenta La estabilidad aumenta por afianzamiento de las relaciones interespecíficas Cambian unas especies por otras (de r-estrategas a k-estrategas) Aumenta el número de nichos ecológicos y la complejidad del ecosistema Evolucionan los parámetros tróficos:

o Aumenta la biomasa o La respiración iguala a la producción o Decrece la tasa de renovación y por tanto la productividad

Disminuye el flujo de energía que recorre el ecosistema al haber más eslabones y, por consiguiente, más pérdidas.

El reciclado de la materia tiene lugar prácticamente en el interior de los organismos, con poca estancia como materia mineral

6. Algunas regresiones provocadas por la humanidad

La UICN (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza y de los recursos naturales) tomando como año cero el 1600, a partir del cual se considera que las causas de pérdida de biodiversidad son las mismas que las actuales, las especies se están extinguiendo a un ritmo muy superior al de la extinción natural, cientos de especies al día, y según los cálculos más optimistas, unas 30.000 especies al año , algunas de las cuales no hemos llegado a conocer. Según algunos autores nos encontramos en la sexta gran extinción , esta vez debida a la intervención humana, sobre todo a través de las siguientes acciones:

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6.a Contaminación, destrucción y fragmentación de los ecosistemas La contaminación de diverso origen llega a los ecosistemas directamente o a través de la atmósfera. En España, por ejemplo, la caza deja entre 3.000 y 5.000 toneladas de plomo en el suelo cada año.

La destrucción y fragmentación de los ecosistemas se produce como consecuencia del desarrollo agrícola, industrial y urbano que provocan deforestación, sobrepastoreo, construcción, etc. Se ha comprobado que hay una relación entre el tamaño de un territorio y el número de especies que contiene. Si un ecosistema se reduce a 1/10 de la superficie original, es probable que pierda el 50 % de las especies .

Los principales agentes de la destrucción de ecosistemas:

Deforestación La tala y quema de árboles provoca diferente grado de daño dependiendo de la intensidad con que se produzca y del tipo y estado del suelo. La deforestación con fines agrarios ha aumentado con el tiempo, sobre todo con los nuevos métodos de la agricultura mecanizada. La recuperación era más fácil tras el abandono cuando el entorno no había sido totalmente deforestado. Ejemplo: la dehesa.

Incendios forestales Constituyen un factor fundamental, particularmente en la Península Ibérica y zonas de clima similar. El fuego origina un rejuvenecimiento de los ecosistemas y tradicionalmente se ha usado para general pastos. Tras el incendio aparecen especies pirófilas, como las jaras, y desaparece el humus dejando el suelo expuesto a la erosión y dificultando la regeneración del bosque.

La sucesión va a llevar más o menos tiempo según sean:

La magnitud del incendio El estado del suelo La existencia de semillas resistentes

6.b Explotación directa de especies

Producida por:

Una excesiva presión cinegética Sobrepesca Coleccionismo Utilización de mascotas Excesiva selección genética que hace que se pierdan estirpes o razas originales (se

pierden unas dos razas por semana según la FAO). En España hay 59 razas en peligro de extinción, lo que lleva a una mayor vulnerabilidad frente a variaciones ambientales

6.c Introducción de nuevas especies

El mayor peligro para la biodiversidad en la actualidad, por la frecuencia, intensidad y generalización del fenómeno de invasión o contaminación biológica .

Las especies invasoras compiten y desplazan a las autóctonas por quitarles el alimento, parasitarias o contagiarles enfermedades, causando el declive de las poblaciones locales con profundas modificaciones del ecosistema.

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Los motivos han sido diversos:

Búsqueda de nuevos alimentos. La introducción de especies se inició en el Neolítico con los grandes desplazamientos humanos y la agricultura, y continuó después acrecentándose en los siglos XVI, XVII y XVIII al descubrirse nuevos territorios, momento de la mayor revolución alimentaria de la historia.

Control de plagas o de especies invasoras introduciendo los depredadores de sus lugares de origen.

Su uso como mascotas, como el caso de las tortugas de Florida. Introducciones casuales, accidentales o no, ligadas al comercio internacional y al

incremento de las rutas de transporte. 7. Biodiversidad

Biodiversidad es la riqueza o variedad de las especies de un ecosistema y la abundancia relativa de los individuos de cada especie. Al comparar dos ecosistemas, es más diverso el que tiene un mayor número de especies y además tiene un mayor número de individuos por especie. Un ecosistema más diverso es más estable debido al gran número de relaciones causales establecidas entre las especies.

De la Conferencia de Río, de 1992 parte la idea de que la biodiversidad engloba:

Variedad de especies que hay en la Tierra Diversidad de ecosistemas en nuestro planeta. Diversidad genética

A lo largo de la historia de la Tierra hubo cinco grandes extinciones que eliminaron numerosas especies, sobre todo las k-estrategas, con elevadas caídas de la biodiversidad. Gráfico del ibro.

¿Por qué es necesaria la biodiversidad?

Para mantener la estabilidad y el dinamismo de los ecosistemas Como fuentes de alimentación (75.000 especies vegetales tienen partes comestibles

y solo se usan una veintena) Obtención de fármacos Conservación del patrimonio genético

7.a El valor de la biodiversidad. Economía ecológica

La biodiversidad es una de las mayores riquezas del planeta y sin embargo la menos reconocida como tal, dada la dificultad para darle un valor económico sobre elementos objetivos que influyan en la toma de decisiones.

Para designarle un valor de uso, al no ser un producto fabricado por el ser humano, el economista debe basarse en cuestiones filosóficas y éticas. La Escuela de Economía Ecológica, surgida hacia 1980 reconoce su valor independientemente de la utilidad que pueda tener para los individuos. Actualmente se consideran tres grandes usos de la biodiversidad:

Fuente de beneficios tangibles a obtener por consumo directo (recursos) Fuente de placer estético (derivado de la observación de paisajes, flora, etc.) Valor ecológico de la biodiversidad o valor intrínseco (papel funcional de la biosfera

en el mantenimiento del equilibrio y la salud planetaria)

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Existe un estudio que evalúa monetariamente el valor de existencia o intrínseco de los ecosistemas de la Tierra. Robert Costanza y colab. (1997) inventarían 17 servicios prestados por los ecosistemas terrestres y acuáticos según la tabla.

La biodiversidad enfrenta de nuevo a países del Norte y del Sur, ya que la mayoría de los recursos se encuentran en el Sur mientras la mayor parte de las industrias usuarias están en el Norte. Si se declara a los primeros reservas de biodiversidad se pone límite a su industrialización y a su progreso económico. Además, al declararlos la FAO en 1983 un bien común, los países ricos han expoliado dichos ecosistemas.

7.b Causas de la pérdida de biodiversidad

Fundamentalmente tres derivados del aumento de la población humana y de la cantidad de

recursos que utiliza cada persona:

Sobreexplotación Alteración y destrucción de hábitats por cambios en los usos del suelo Introducción y sustitución de especies

7.c Medidas para evitar la pérdida de biodiversidad

La preservación de la biodiversidad es un objetivo prioritario para conseguir el desarrollo sostenible.

Convenio sobre la Diversidad Biológica, firmado en la Conferencia de Río de 1992: resalta la importancia de los genes silvestres ya que sin ellos muchos cultivos podrían desaparecer. Referencia a la noticia aparecida el curso anterior sobre el Banco de Reserva de Semillas del Polo.

Las medidas más adecuadas para evitar la pérdida de biodiversidad son:

Establecer espacios protegidos. Realizar estudios sobre el estado de los ecosistemas, como los indicadores PER, la

huella ecológica y el índice del Planeta viviente. Decretar y respetar las leyes promulgadas específicamente para la preservación de

las especies y de los ecosistemas, como el Convenio CITES de 1973 (Convenio Internacional de Especies en Peligro), en el que se hace una lista de más de 800 especies en peligro de extinción y otras 29.000 especies amenazadas.

7.d Principales iniciativas y acuerdos internacionales para la conservación de la biodiversidad

Tratado del Antártico, Washington, 1959 Convenio RAMSAR, Irán, 1971. Humedales. Convenio de París, 1972. Protección del Patrimonio Cultural y Natural de la Humanidad.

Convenio de Washington, 1973. Comercio Internacional de Especies Amenazadas de la Fauna y Flora Silvestres (CITES).

Convenio de Barcelona, 1976. Protección del medio marino y zona costera del Mediterráneo.

Convenio de Bonn, 1979. Conservación de Especies Migratorias de Animales Silvestres.

Convenio de Berna, 1979. Conservación de la Flora y la Fauna de Europa y sus Hábitats naturales.

Convención de las Naciones Unidad sobre Derecho del Mar, 1982. Conservación, utilización y administración de los recursos vivos del mar.

Red Ecológica Europea (EECONET), 1991.

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Convenio OSPAR, Oslo-Paris, 1992. Protección del medio ambiente marino del Atlántico Norte.

Directiva sobre Hábitats, 1992. Conservación de la biodiversidad en la Unión Europea. Red NATURA 2000 con los enclaves de importancia comunitaria. Convenio sobre diversidad biológica (CDB), Río de Janeiro, 1992. Compromiso internacional sobre Recursos Filogenéticos para la Agricultura y la Alimentación, Leipzig, 1996. Plan de Acción mundial sobre dichos recursos.

8. Principales biomas terrestres

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